【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.04】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23MS5022
利用課題名 / Title
鋭利な先端形状をもつSTM金属探針の開発
利用した実施機関 / Support Institute
自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
走査トンネル顕微鏡, 探針
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
櫻井 敦教
所属名 / Affiliation
分子科学研究所 電子構造研究部門（杉本G）
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
高橋 翔太,望月 達人
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
MS-202：低真空分析走査電子顕微鏡
MS-225：顕微ラマン分光
MS-226：FT遠赤外分光
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
金属表面に形成された自己組織化単分子膜（SAM）から生じる和周波発生信号を、走査トンネル顕微鏡（STM）の探針先端で生じる近接場を利用して観測する装置の開発を行った。金属表面にSAMが形成されていることの確認のため、フーリエ変換赤外（FTIR）分光器、顕微ラマン分光装置も使用した。
実験 / Experimental
電気化学エッチングで自作した金属探針の先端形状を、ARIMの走査電子顕微鏡（SEM）（ID：MS-202）を用いて観察した。電気化学エッチングにおける印加電圧、エッチング溶液の濃度や温度、電極に使用する材料など、様々なパラメータを振りながら探針を作成し、その先端形状を観察することで、ナノメートルスケールで鋭利な探針を作成するための条件を探った。
結果と考察 / Results and Discussion
探針開発当初は、探針先端に10ナノメートル程度の微細な凹凸構造が発生してしまう問題が存在していたが、電気化学エッチングの様々な条件を精査しながら探針を作成していくことで、凹凸構造のない非常に滑らかな先端形状をもつ探針を作成することに成功した。探針の先端形状は、毎回SEM観測を行って確認した。滑らかな表面をもつ探針を作成することで、凹凸構造に由来する光の散乱を劇的に抑えることができたことが、本研究を成功させるための重要な要素となった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
受賞等
1. 高橋翔太, 第17回分子科学討論会（大阪）2023 分子科学会優秀講演賞, 分子科学会, 2023/10/18
2. 高橋翔太, 第55回（2023年秋季）応用物理学会講演奨励賞, 応用物理学会, 2024/3/22
謝辞
SEMの使用法をご指導いただいた石山修特任研究員に感謝申し上げます。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
-
Shota Takahashi, Broadband Tip-Enhanced Nonlinear Optical Response in a Plasmonic Nanocavity, The Journal of Physical Chemistry Letters, 14, 6919-6926(2023).
DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c01343
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- T. Sugimoto, “Tip-enhanced second-order nonlinear nanoscopy of interfacial molecular systems beyond the diffraction limit of light,” 8th Asian Spectroscopy Conference (ASC) 2023, Atema Kogen, Tokamachi, Niigata, Japan, 2023/9/4 (招待講演)
- 櫻井敦教, 高橋翔太, 望月達人, 杉本敏樹, “STM探針-基板間のプラズモン増強効果を利用した探針増強振動和周波発生分光法の実現,” 大阪大学豊中キャンパス, 豊中, 大阪, 2023/9/12 (口頭)
- *高橋翔太, 望月達人, 櫻井敦教, 杉本敏樹, “探針増強振動和周波発生分光による表面吸着分子の凝集構造の観測,” 大阪大学豊中キャンパス, 豊中, 大阪, 2023/9/12 (口頭)
- 望月達人, 高橋翔太, 櫻井敦教, 杉本敏樹, “大気圧環境下における金属表面吸着分子の探針増強振動和周波発生分光,” 第17回分子科学討論会, 大阪大学豊中キャンパス, 豊中, 大阪, 2023/9/15 (ポスター)
- 櫻井敦教, 高橋翔太, 望月達人, 杉本敏樹, “STM探針-基板間のプラズモン電場増強を利用した金表面単分子膜からの振動和周波発生信号の観測,” 日本物理学会第78回年次大会, 東北大学青葉山キャンパス, 仙台, 宮城, 2023/9/16 (口頭)
- 高橋翔太, 望月達人, 櫻井敦教, 杉本敏樹, “金属表面ナノ分子系における探針増強和周波発生の局所電界誘起効果,” 第84回応用物理学会秋季学術講演会, 熊本城ホール, 熊本, 2023/9/21 (口頭)
- 杉本敏樹, “固体表面界面低次元系における新規物性開拓＆非線形分光計測の限界突破,” 2023 年日本分光学会年次講演会, 神戸大学百年記念館, 神戸, 兵庫, 2023/10/6 (招待講演)
- S. Takahashi, A. Sakurai, T. Mochizuki, and T. Sugimoto, “Giant electric modulation of nonlinear plasmonics,” 第6回日本表面真空学会若手部会研究会, 名古屋大学, 名古屋, 愛知, 2023/10/30 (ポスター)
- 望月達人, “不均一触媒表面のin-situ単分子振動分光計測を実現するための探針増強和周波発生分光,” 第6回日本表面真空学会若手部会研究会, 名古屋大学, 名古屋, 愛知, 2023/10/30 (ポスター)
- T. Sugimoto, “Pioneering near-field tip-enhanced SFG nanoscopy of interfacial molecular systems beyond the diffraction limit of light,” 第9回SFG研究会, 東京工業大学 大岡山キャンパス, 目黒, 東京, 2023/11/12 (招待講演)
- T. Mochizuki, Tip-Enhanced Vibrational SFG Spectroscopy of Interfacial Molecules on Non-Plasmonic Metals,” 第9回SFG研究会, 東京工業大学 大岡山キャンパス, 目黒, 東京, 2023/11/12 (ポスター)
- S. Takahashi, A. Sakurai, T. Mochizuki, and T. Sugimoto, “Giant Field-Effect Modulation of Optical Nonlinearity inside a Plasmonic Nanocavity,” 31st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM31), Meguro, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan, 2023/12/8 (ポスター)
- A. Sakurai, S. Takahashi, T. Mochizuki, and T. Sugimoto, “Tip-enhanced sum-frequency generation based on the plasmonic field enhancement between a STM-tip and a metal substrate,” 31st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM31), Tokyo Institute of Technology, Meguro, Tokyo, Japan, 2023/12/8 (口頭)
- A. Sakurai, S. Takahashi, T. Mochizuki, and T. Sugimoto, “Tip-Enhanced Vibrational Sum-Frequency Generation in Plasmonic STM nanocavity,” Joint Workshop Fritz Haber Institute and Institute for Molecular Science, Fritz Haber Institute, Berlin, Germany, 2023/12/8 (招待講演)
- 櫻井敦教, 高橋翔太, 望月達人, 杉本敏樹, “STM探針-基板間のプラズモンナノキャビティを利用した探針増強和周波発生分光の実現,” 表面界面スペクトロスコピー2023, 東京大学物性研究所, 柏, 千葉, 2023/12/21 (口頭)
- S. Takahashi, A. Sakurai, T. Mochizuki, and T. Sugimoto, “Pioneering tip-enhanced nonlinear optics and spectroscopy,” NanospecFY2023, Institute for Molecular Science, Okazaki, Aichi, Japan, 2024/3/5 (口頭)
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件